什么是 OpenUSD？
通用场景描述是一个用于描述、合成、仿真和协作构建 3D 世界的开放可扩展框架。
为什么选择 OpenUSD 用于物理 AI？
通用场景描述 (OpenUSD) 由 Pixar Animation Studios (皮克斯动画工作室) 发明，是一个用于描述、合成、仿真和协作处理 3D 内容的开源框架。OpenUSD 不仅仅是一种文件格式，它是一个框架，可作为数字孪生、物理 AI 开发和各行各业的仿真就绪工作流的标准。通过由 Adobe、Apple、Autodesk、Pixar 和 NVIDIA 创建的 OpenUSD 联盟 (AOUSD)，各行各业的领导者正在合作推进 OpenUSD 标准化和 3D 内容互操作性。
OpenUSD 是物理 AI 可扩展性背后的驱动力，它提供一种通用的场景描述语言，使团队能够将 3D 数据、仿真资产和真实世界遥测数据引入共享、物理精准的世界视图中。
共享框架使在整个开发工作流中构建、仿真和验证辅助驾驶系统成为可能：
- 数字孪生：OpenUSD 提供了公共数据层，将传感器流、CAD 几何图形、材质和仿真物理数据组装到一个可以实时查询和更新的统一场景中。
- 机器人开发仿真：URDF、MJCF 和 CAD 装配转换为通用场景描述，并保留运动学、碰撞体和材质，使机器人能够在部署之前在物理精准的环境中进行验证。
- 合成数据生成：OpenUSD 的非破坏性层模型使团队能够快速更改材质、光照、语义和几何图形，从而在不复制资产的情况下为 AI 模型生成训练数据。
- SimReady 资产验证：SimReady 规格定义了 OpenUSD 资产在支持的物理 AI 仿真工作流中必须满足的要求、能力、特性和配置文件。
OpenUSD 的工作原理
OpenUSD 将多个数据层统一到单个视图或“场景”中，实现跨 3D 工具和工作流的无缝协作。
OpenUSD 将 3D 数据统一到一个单一的组合视图或“阶段”，其中每个元素都由分层场景描述和合成弧构建。
- OpenUSD 场景：所有 3D 元素在一个包含数据层的“基元” (基本单元，即对象或元素) 层级结构中组合起来。
- 数据层堆栈：每个数据层都包含一个场景描述，包括属性和关系 (例如物理、灯光、着色器和几何体)。
- 合成弧：要组合并分层多个数据层堆栈，3D 元素必须以计量为单位进行扩缩。关键的合成弧包括引用和变体集，它们能够在不复制数据的情况下存储组件的多个变体。
OpenUSD 通过有效的资产结构化和 SimReady (仿真就绪) 标准，实现从单个资产到大规模工业环境的扩展：
- 资产结构化：精心设计的资产 (一个或多个资源的结构化容器) 将 3D 内容分解为更小、可管理的组件，这些组件可以被引用和复用，从而提高可复用性和性能。
- SimReady 标准：SimReady 确保 3D 场景和资产具备工业仿真和物理 AI 训练所需的物理属性、行为和数据绑定。SimReady 规格定义了用于确认资产是否已经准备好进行物理 AI 仿真的要求、能力、特性、配置文件以及验证路径。
OpenUSD 能够实现什么
OpenUSD 是开放的 3D 交换格式，各行各业正在原生嵌入其产品中。在电影 VFX 工作流、CAD 工具、游戏引擎和机器人开发平台中创建的资产可以共存于同一个仿真环境中，无需文件转换。
OpenUSD 原生支持：
- 场景中的物理：质量、摩擦、关节和碰撞体直接存在于通用场景描述中，无需单独的渲染器或 GUI 即可由 GPU 加速的引擎读取。
- 传感器和元数据集成：时间序列数据、语义标签和注释直接附加到 3D 几何图形。
- 机器人和 CAD 提取：URDF、MJCF 和 CAD 组件转换为通用场景描述，保留所有运动学、碰撞体和材质。
- 准确的材质：MDL 将专有的 CAD 表面处理转换为基于物理的材质，无论使用何种源工具，都能在光线追踪下正确渲染。
由于 OpenUSD 具有可扩展性和非破坏性，因此它充当了物理 AI 开发和代理式 AI 系统的基础数据层。
快速链接
OpenUSD 有哪些优势？
可扩展
使用专为跨工作流和工具扩展而构建的开放式框架，编写、编辑、查询、渲染和仿真 3D 世界。
非破坏性
以非破坏性方式创建场景并聚合资产，让团队可以并行迭代，无需覆盖彼此的工作。
协同性
利用层、引用、架构和非破坏性工作流将场景数据连接到不同工具之间，帮助团队并行做出贡献。
标准化
基于 OpenUSD 联盟驱动的标准构建，包括核心规范以及面向材质、几何、物理和可互操作的 3D 工作流的工作组。
挑战和解决方案
简化 3D 开发工作流
OpenUSD 具有广泛的可扩展性，需要投资和学习，以更大限度地提高资产结构和 3D 工作流开发的效率。
解决方案
- Learn OpenUSD 学习路径是面向 3D 开发者提供的完全开源、可定制的课程。
跨领域标准化
随着越来越多的行业继续采用 OpenUSD，需要新的扩展和领域特定标准。
解决方案
- OpenUSD 联盟 (AOUSD) 能够实现开放式治理和社区驱动的标准化，并拥有活跃的材质、几何、物理工作组和其他领域中的兴趣小组。
跨 3D 资产的数据兼容性
3D 资产需要 OpenUSD 兼容性才能为概念数据映射和 ETL (提取 — 转换 — 加载) 等 3D 资产提供增强的数据质量和新功能。
解决方案
- OpenUSD Exchange SDK 可加速数据交换解决方案的开发，并帮助开发者创建高质量的 OpenUSD 数据。
- 通用场景描述工具提供面向常见语言 (FBX、OBJ、MJCF、URDF、Gaussian Splats) 的 OpenUSD 转换器和验证器，以缩短实现仿真所需的时间。
复杂物理 AI 工作流的模板化流程
物理 AI 工作流非常复杂，需要通过规范来定义需求、能力、特性和配置文件，以验证 3D 资产是否符合物理精准仿真工作流所需的物理属性、语义信息和结构。
解决方案
- USD 核心规范定义了 OpenUSD 的标准数据类型、文件格式和合成行为，为开发者构建 USD 工作流提供了可预测、可互操作的基础。
- SimReady Foundation 会根据支持的物理 AI 仿真和智能体工作流的要求和配置文件来验证 OpenUSD 资产。
NVIDIA 对 OpenUSD 的贡献
作为 OpenUSD 联盟的创始成员，NVIDIA 与 Adobe、Apple、Autodesk 和 Pixar 一起，帮助推动 OpenUSD 走向大规模、物理精准的数字孪生和物理 AI 工作流。
OpenUSD 应用案例
后续步骤
开始使用 OpenUSD 开发
使用 OpenUSD 进行开发，以构建用于物理 AI 仿真的物理精准 3D 场景和资产。
了解 OpenUSD
通过这个面向开发者和 3D 从业者提供的免费开源课程，加速您的 OpenUSD 工作流。
为 OpenUSD 做出贡献
通过 OpenUSD 联盟 (AOUSD) 塑造 OpenUSD 的标准与演进。
